目前限制镁及镁合金临床应用的主要原因是降解速率过快和力学性能相对较差。合金化是提高镁合金耐蚀性能及力学性能的最有效的方式之一,尤其是添加稀土元素,其原因是稀土元素与镁基体形成的特殊第二相既可以降低合金的腐蚀速率,也可以通过第二相强化及晶粒细化等方式提高合金的力学性能。另外,表面改性不仅可以提高合金耐蚀性能,还可以改善合金的生物相容性,赋予合金一定的生物功能。为此,本论文设计开发具有良好力学性能和耐蚀性能的新型含稀土镁合金,借助表面改性,进一步提高合金的耐蚀性能、耐磨性能及其它生物学性能,获得了许多有意义的研究结果,为稀土镁合金最终在骨科领域的应用奠定研究基础。本文研究了不同稀土元素及其含量对铸态Mg-2Zn-0.5Zr合金的微观组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,Gd、Nd和Y三种稀土元素三种元素均具有良好的第二相强化和细晶强化效果,Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr合金具有最好的塑性(EL=21%),而Mg-2Zn-1Y-0.5Zr具有最高的强度(UTS=220 MPa)。适量添加Gd、Nd、Y元素均能改善合金的耐蚀性能。当稀土元素含量较高时,合金中的第二相增多,电偶腐蚀作用加剧,导致合金的耐蚀性能降低。铸态Mg-2Zn-1Gd-0.5Zr合金具有最佳的耐蚀性能。对三种挤压态Mg-2Zn-1 Gd-0.5Zr、Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr和Mg-2Zn-0.5Y-0.5Zr合金的力学性能及耐蚀性能的研究表明,挤压态Mg-2Zn-0.5Y-0.5Zr合金具有最高的抗拉强度(300 MPa)和屈服强度(270MPa);Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr合金具有最高的延伸率(25%)。挤压态Mg-2Zn-1Gd-0.5Zr合金具有最好的耐蚀性能,其腐蚀速率仅为0.45 mm/y。固溶处理会降低合金的屈服强度,但是能够显著提高合金的耐蚀性能。固溶处理可以显著提高Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr合金的延伸率,合金经过500 0C×5 h固溶处理具有最佳的延伸率(27%)。510 ℃×5 h固溶处理后,Mg-2Zn-1Gd-0.5Zr合金具有最佳的耐蚀性能;500 ℃×5 h固溶处理能够显著降低Mg-2Zn-0.5Nd-0.5Zr和Mg-2Zn-0.5Y-0.5Zr合金的降解速率。三种涂层对Mg-2Zn-1Gd-0.5Zr合金的耐蚀性能及耐磨性能的研究表明,Gd在MAO涂层和Sr-P涂层的腐蚀产物中,能够增加涂层的致密性,且稳定涂层,因此可以明显提高合金的耐蚀性能。相反,由于Ca-P涂层的沉积物较为粗大、疏松,在浸泡过程中易于脱落,因此Ca-P涂层的耐蚀性能较差。Ca-P涂层具有良好的耐磨性能,这主要是由于Ca-P涂层中沉积物呈棒状无序分布,能够显著阻碍摩擦磨损,提高涂层的耐磨性能。MAO涂层表面平整、光滑,整个涂层形成一个整体,涂层不易破碎,因此MAO涂层也具有较好的耐磨性能。由于Sr-P涂层中颗粒物较为细小,磨损过程中极易受到破坏,且涂层较薄,因此Sr-P涂层的耐磨性能较差。对含铜微弧氧化涂层的Mg-2Zn-1Gd-0.5Zr合金耐蚀性能及抗菌性能的研究表明,铜元素的加入可以进一步提高微弧氧化涂层的耐蚀性能,这主要是由于铜可以稳定涂层,且铜离子的水解可以促进Ca-P在涂层表面的沉积,提高涂层的保护效果。铜元素的加入可以使微弧氧化涂层在较低的降解速率下仍具有良好的抗菌效果,经过12h共培养后,Cu+MAO涂层的抗菌率可达到96%以上。体外细胞毒性试验表明,Cu+MAO涂层具有良好的生物相容性,Cu元素的加入并未降低涂层的生物相容性。